钙钛矿太阳能电池及其制备方法与流程

本申请涉及钙钛矿太阳能电池，尤其涉及一种光电转化效率高且稳定性好的钙钛矿太阳能电池及其制备方法。

背景技术：

1、随着新能源领域的快速发展，钙钛矿太阳能电池凭借其高光电转化效率、简单的制作工艺、低的生产成本和材料成本等优势而备受青睐。在钙钛矿太阳能电池中，常常采用含镍材料制备空穴传输层。然而，这样制备的氧化镍空穴传输层和钙钛矿层之间会发生相互作用，劣化钙钛矿太阳能电池的性能。目前，减少或防止氧化镍和钙钛矿之间相互作用的方式大多是在氧化镍的表面覆盖一层钝化材料。然而该方式可能会导致电池制备的时间成本、经济成本和环境成本提高并且不利于钙钛矿太阳能电池中空穴传输层对载流子的提取，因而会影响电池的光电转化效率。

2、因此，仍需要一种成本更低的、能够进一步提高钙钛矿太阳能电池的性能的解决方案。

技术实现思路

1、本申请是鉴于上述课题而进行的，其目的在于，提供一种钙钛矿太阳能电池，其具有高的光电转化效率和良好的长期使用稳定性，并且其制备方法成本更低、更有效率。

2、为了实现上述目的，本申请的第一方面提供了一种钙钛矿太阳能电池，其包括透明导电玻璃、空穴传输层、钙钛矿层、电子传输层和电极，所述空穴传输层包括三价镍和二价镍，其中，所述空穴传输层的朝向钙钛矿层的表面上三价镍与二价镍的摩尔比范围为0至0.20，可选为0至0.10。

3、空穴传输层中的三价镍和二价镍皆可用于收集和提取来自钙钛矿层的空穴。然而空穴传输层表面的三价镍会导致钙钛矿(abx3)分解，主要体现在会导致钙钛矿的a位与x位被氧化而变成气体，从而造成钙钛矿的深能级缺陷。本申请通过对空穴传输层表面的三价镍进行还原，使其还原为同样能够收集和提取空穴的二价镍，从而减少或甚至消除了三价镍导致的钙钛矿的分解，因而提高了钙钛矿太阳能电池的效率和稳定性。本申请发明人发现，当空穴传输层表的三价镍与二价镍的摩尔比超过0.20时，由于空穴传输层表面三价镍含量较高，对钙钛矿的分解作用较大，不利于钙钛矿太阳能电池的光电转化效率和长期稳定性。

4、可选地，所述空穴传输层的朝向钙钛矿层的表面上不存在三价镍。

5、在任意实施方式中，所述空穴传输层为氧化镍空穴传输层。

6、氧化镍空穴传输层是常用的空穴传输层。氧化镍一般表示为niox，其可代表氧化镍、三氧化二镍、氧化亚镍等中的一种或多种。

7、可选地，所述空穴传输层和钙钛矿层之间不存在任何其它层。

8、在任意实施方式中，所述空穴传输层掺杂有其他空穴传输层材料。所述其他空穴传输材料可为本领域中使用的用于空穴传输层的除氧化镍以外的材料。

9、在任意实施方式中，所述空穴传输层掺杂有一种或多种选自li+、na+、k+、ru+、cs+的离子。

10、在任意实施方式中，所述钙钛矿太阳能电池为反式钙钛矿太阳能电池。

11、本申请所述的钙钛矿太阳能电池适合采用反式结构。

12、在任意实施方式中，所述钙钛矿太阳能电池依次包括导电玻璃、空穴传输层、钙钛矿层、电子传输层和金属电极，可选地，所述钙钛矿层和所述电子传输层之间存在钝化层；可选地，所述电子传输层和所述金属电极之间存在缓冲层。

13、本申请的第二方面提供一种制备钙钛矿太阳能电池的方法，其中包括制备空穴传输层步骤、制备钙钛矿层步骤、任选地制备钝化层步骤、制备电子传输层步骤、任选地制备缓冲层步骤和制金属背电极的步骤，其中，所述空穴传输层和所述钙钛矿层之间不设置其它层，所述制备空穴传输层步骤包括以下操作：

14、步骤s1：配制空穴传输层材料的溶液，添加在导电玻璃上，然后退火，得到空穴传输层1；其中所述空穴传输层材料包括含镍物质；

15、步骤s2：采用还原性物质将步骤s1中得到的空穴传输层1表面的三价镍还原，得到最终的空穴传输层。

16、根据本申请所述的钙钛矿太阳能电池的制备中，通过对包括含镍物质的空穴传输层进行还原步骤，能够将空穴传输层朝向钙钛矿层的表面上的三价镍含量降低，二价镍含量增加，有利于防止因三价镍与钙钛矿反应导致的钙钛矿分解，从而提高太阳能电池的光电转化效率和稳定性。

17、在任意实施方式中，所述含镍物质选自氧化镍、硝酸镍、醋酸镍、乙酰丙酮镍或其混合物。

18、所述氧化镍可选为氧化镍纳米颗粒。

19、所述硝酸镍可选为含水的硝酸镍，例如六水合硝酸镍。

20、所述醋酸镍可选为含水的醋酸镍，例如四水合醋酸镍。

21、在任意实施方式中，步骤s1包括以下操作：

22、将所述含镍物质溶于溶剂中，得到含镍物质的溶液，搅拌，过滤，取上清液，将所述上清液添加在导电玻璃上；可选地所述溶剂为选自甲醇、乙二胺、水中的一种或多种。

23、在任意实施方式中，步骤s2包括以下操作：

24、使用超声波在还原性物质的溶液和/或还原性物质的气氛中对所述空穴传输层1进行超声还原。

25、将所述空穴传输层1置于还原性环境中，例如还原性物质溶液或气氛中，通过使用超声波，可以很容易地将所述空穴传输层表面的三价镍还原为二价镍，而且处理步骤简单高效，节省了经济成本和时间成本。

26、在一些可选实施方式中，所述还原性物质的溶液中的还原性物质选自：

27、(1)水合肼、lialh4、硼氢化钾、硼氢化钠；

28、(2)抗坏血酸、甲酸钠、甲酸铵、维生素c；

29、(3)葡萄糖、麦芽糖、苯甲醛；

30、(4)na2s、na2so3、nahso3；

31、(5)feso4；或

32、上述物质的混合物，

33、可选地，所述还原性物质的溶液的浓度为1mg/l至100g/l；可选地，所述超声步骤中，所述还原性物质的溶液的温度为-20℃-100℃，可选为10℃-100℃，更可选为50℃-60℃。

34、可选地，所述还原性物质的溶液为水溶液。

35、在任意实施方式中，所述还原性物质的气氛中的还原性物质选自氢气、一氧化碳或其混合物；可选地，所述还原性物质的气氛的温度为-20℃-100℃，可选为10℃-100℃，更可选为50℃-60℃。

36、可选地，可使用氩气和氢气的混合气，其中氩气和氢气的体积比范围可选为80:20至99:1，更可选为90:10至99:1。

37、在任意实施方式中，所述超声频率范围为10-100hz，可选为20-60hz；可选地，所述超声的超声时间范围为0.1-60min，可选为0.1-30min，更可选为0.1-20min。

38、根据本申请，与未进行所述超声步骤而制备的钙钛矿太阳能电池相比，进行所述超声步骤而制备的钙钛矿太阳能电池的光电转化效率更高，且稳定性更好。

技术特征：

1.一种钙钛矿太阳能电池，其包括透明导电玻璃、空穴传输层、钙钛矿层、电子传输层和电极，所述空穴传输层包括三价镍和二价镍，其中，所述空穴传输层的朝向钙钛矿层的表面上三价镍与二价镍的摩尔比范围为为0至0.2，更可选为0至0.1。

2.根据权利要求1所述的钙钛矿太阳能电池，其中，所述空穴传输层为氧化镍空穴传输层。

3.根据权利要求1或2所述的钙钛矿太阳能电池，其中，所述空穴传输层和钙钛矿层之间不存在其他层。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的钙钛矿太阳能电池，其中，所述空穴传输层掺杂有其他空穴传输层材料。

5.根据权利要求1-4中任一项所述的钙钛矿太阳能电池，其中，所述空穴传输层掺杂有一种或多种选自li+、na+、k+、ru+、cs+的离子。

6.根据权利要求1-5中任一项所述的钙钛矿太阳能电池，其中，所述钙钛矿太阳能电池为反式钙钛矿太阳能电池。

7.根据权利要求1-6中任一项所述的钙钛矿太阳能电池，其中，所述钙钛矿太阳能电池依次包括导电玻璃、空穴传输层、钙钛矿层、电子传输层和金属电极，可选地，所述钙钛矿层和所述电子传输层之间存在钝化层；可选地，所述电子传输层和所述金属电极之间存在缓冲层。

8.制备钙钛矿太阳能电池的方法，其中包括制备空穴传输层步骤、制备钙钛矿层步骤、任选地制备钝化层步骤、制备电子传输层步骤、任选地制备缓冲层步骤和制金属背电极的步骤，其中，所述空穴传输层和所述钙钛矿层之间不设置其它层，所述制备空穴传输层步骤包括以下操作：

9.根据权利要求8所述的制备钙钛矿太阳能电池的方法，其中，所述含镍物质选自氧化镍、硝酸镍、醋酸镍、乙酰丙酮镍或其混合物。

10.根据权利要求8或9所述的制备钙钛矿太阳能电池的方法，其中，步骤s1包括以下操作：

11.根据权利要求8-10中任一项所述的制备钙钛矿太阳能电池的方法，其中，步骤s2包括以下操作：

12.根据权利要求8-11中任一项所述的制备钙钛矿太阳能电池的方法，其中，所述还原性物质的溶液中的还原性物质选自：

13.根据权利要求8-12中任一项所述的制备钙钛矿太阳能电池的方法，其中，所述还原性物质的气氛中的还原性物质选自氢气、一氧化碳或其混合物；可选地，所述还原性物质的气氛的温度为-20℃-100℃，可选为10℃-100℃，更可选为50℃-60℃。

14.根据权利要求8-13中任一项所述的制备钙钛矿太阳能电池的方法，其中，所述超声频率范围为10-100hz，可选为20-60hz；可选地，所述超声的超声时间范围为0.1-60min，可选为0.1-30min，更可选为0.1-20min。

技术总结
本申请提供一种钙钛矿太阳能电池，其包括透明导电玻璃、空穴传输层、钙钛矿层、电子传输层和电极，所述空穴传输层包括三价镍和二价镍，其中，所述空穴传输层的朝向钙钛矿层的表面上三价镍与二价镍的摩尔比范围为0至0.2。本申请提供的钙钛矿太阳能电池的光电转化效率高且具有长期稳定性。本申请还提供一种制备所述钙钛矿太阳能电池的方法。

技术研发人员：梁伟风,涂保,苏硕剑,郭永胜,陈国栋
受保护的技术使用者：宁德时代新能源科技股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/14